[发明专利]一种利用含硫尾砂制备的路基稳定材料

说明书

本发明公开了一种利用含硫尾砂制备的路基稳定材料，包括如下主要原料：含硫尾砂、石灰、粉煤灰，其特征是重量份组成为：石灰1～15份，粉煤灰3～15份，矿渣3～15份，炉渣灰0～6份，城市普通自来水3～30份，含硫尾砂40～90份。本发明采用石灰、粉煤灰、矿渣等组成的胶结体系胶结含硫尾砂，制成路基稳定材料，不仅有效解决了含硫尾砂的胶结难题，而且可利用含硫尾砂氧化形成的硫酸盐促使粉煤灰、矿渣等分解，形成更多水化产物，实现变害为宝，具有突出的经济、社会、环保效益，应用前景巨大。

技术领域

本发明涉及有色金属含硫尾砂资源化利用领域，具体涉及一种利用含硫尾砂制备的路基稳定材料。

背景技术

在金属矿山采矿和选矿过程中，往往会产生大量的尾矿，最终排放到尾矿库中，不仅污染环境，危害自然生态，而且还会影响尾矿库坝体安全，进而形成重要危险源。

目前，国内外在尾矿的资源化利用方面做出了大量的工作，也形成了比较完善的知识产权，例如CN201710470392、CN201710911080.X、CN202110100086.5、CN201810091087.6、CN202010016392.6。然而上述知识产权仅针对的是普通尾矿，其主要特点是硫含量满足建筑行业标准的要求，例如SO₃含量低于0.5％。但是，金属矿山，如铜矿和金矿，常伴生硫化物，特别是S与Fe化合物，性质不稳定，易氧化形成硫酸盐和酸性物质，如式(1)所示。

Ca(OH)₂+SO₄^2-+2H₂O→CaSO4·2H₂O+2OH^- (2)

3CaO·Al₂O₃+3CaSO₄·2H₂O+30H2O→3CaO·Al₂O₃·CaSO₄·32H₂O (3)

需要强调的是，硫含量，特别硫酸盐含量是建筑行业特别限制的一种物质，当硫酸盐超标后，会与水泥水化产物氢氧化钙等形成一系列反应，最终形成大量的膨胀性产物(如式(2)和式(3)所示)，消耗氢氧化钙，降低C-S-H凝胶的稳定生存环境，最终造成水泥基材料性能劣化。可见，含硫尾砂与水泥，或进一步说与水泥熟料不兼容。因此，采用何种胶结材料去胶结含硫尾砂对其资源化利用显得尤为关键。

为克服现有技术的不足，本发明提出利用无水泥的二灰土胶结体系胶结含硫尾砂(SO₃含量高于2％)制得路基稳定材料，二灰土通常是指以石灰、粉煤灰、矿渣粉等组成的路基水稳材料胶结体系。其特点是，利用石灰水化形成Ca(OH)₂，与具有火山灰活性的粉煤灰、矿渣反应，进而形成胶结能力。由于该种胶结体系中无熟料，不会存在因硫酸盐促使大量膨胀性水化产物形成，引发体积不稳定。相反，含硫尾砂氧化释放出的硫酸盐还可以作为粉煤灰、矿渣粉等的激发剂，促使硅铝四面体破坏形成更多水化产物，进而实现变害为宝，其中形成的酸也可被碱性石灰或水化的Ca(OH)₂中和消耗掉，因此两者具有较好的兼容性。总之，本发明所提出的一种利用含硫尾砂制备的路基稳定材料，采用石灰与粉煤灰或矿渣的二灰土胶结体系，不仅可变废为宝、还可变害为宝，大幅简化含硫尾砂的资源化利用工艺，显著提高其经济价值，缓解其对生态环境的影响，降低尾矿库的安全风险，应用前景广阔。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，利用二灰土材料，使用含硫尾砂作为原料制备道路路基稳定材料，实现变废为宝。同时，利用含硫尾砂氧化释放的硫酸盐辅助激发粉煤灰与矿渣，形成强化固结体，进一步实现变害为宝，显著促进含硫尾砂的资源化利用，大幅简化利用工艺，显著提高其经济价值。